一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头制造技术

本发明专利技术涉及一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头，属于电子器件领域。本发明专利技术建立了宽频范围适用的分压电路模型，分析了分压器尺寸对探头带宽的影响规律，并给出了一种最大化探头带宽的回路补偿方法。实验结果表明：多层陶瓷电容的等效串联电感，以及PCB平面耦合的传输线效应，是制约差分电压探头带宽的瓶颈问题，采用基于平行板传输线的高带宽分压结构、优化承压臂长度、高频回路补偿等新结构和新方法，可以突破差分探头的带宽极限到500MHz，为一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头和宽禁带器件的设计研发、测试表征、标准制定，提供有益的参考。提供有益的参考。提供有益的参考。

【技术实现步骤摘要】
一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头


[0001]本专利技术属于电子器件领域，涉及一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头。

技术介绍

[0002]与Si IGBT相比，以碳化硅(Silicon carbide，SiC)MOSFET为代表的宽禁带器件，拥有更高的开关速度、更低的开关损耗，能有效提升电气装备的功率密度。相比于Si IGBT几微秒的开关时间，SiC MOSFET的开关时间通常为几十纳秒，GaN HEMT的开关时间甚至仅为几纳秒，对测量探头的性能提出了更高的要求。为了保证不小于98％的测量精度，通常要求探头的带宽是被测信号最大带宽的5倍以上，电压与电流探头带宽不应低于400MHz。然而，目前商业电压探头还不能完全满足测试要求。同时，随着宽禁带器件开关速度的不断提升，由探头性能不足引起的开关损耗测量误差可能超过100％，导致器件选型、热设计和寿命评估等环节产生严重偏差。因此，提升电压探头的性能，提高开关测量的精度，具有十分迫切的工业需求，以及非常重要的研究意义。
[0003]针对电压探头的性能提升，已有部分文献从拓扑优化、耦合机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头，其特征在于：该探头包括依次连接的信号衰减模块、信号变换模块、信号补偿与传输模块和模数变换ADC模块；高压信号经过信号衰减模块变换为
±
5V以内的低压信号，再由信号变换模块组成的信号变换网络，将低压信号变换为单端信号，然后经过信号补偿与传输模块，将单端信号经由同轴传输线连接到示波器内，示波器将对单端信号输入ADC模块进行模数变换，将测试波形显示到示波器屏幕。2.根据权利要求1所述的一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头，其特征在于：所述探头的带宽f
meas
为：其中，f
VD
、f
Amp
、f
Cab
和f
OSC
分别为信号衰减模块、信号变换模块、信号补偿与传输模块和ADC模块的带宽；信号衰减模块将高压、高频输入信号等比缩小后输出；信号变换模块采用运算放大器，对输入差分信号进行变换；信号传输模块用于探头输出阻抗、同轴电缆特性阻抗、示波器输入阻抗的匹配，实现信号的传输；ADC模块实现对输入模拟信号的数字变换。3.根据权利要求1所述的一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头，其特征在于：所述信号衰减模块阻容分压电路；其中，电阻分压电路实现低频信号的变换，电容分压电路为高频信号提供低阻抗路径，提高探头的高频信噪比SNR；选择陶瓷电容作为分压电容；单个分压电容的耐压不低于200V，容量不高于1000pF。4.根据权利要求3所述的一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头，其特征在于：所述陶瓷电容为多层陶瓷电容MLCC，阻抗|Z
C
|表示为：f为信号的频率；MLCC的本征谐振频率为200MHz，谐振频率以下呈显电容特性，谐振点处阻抗为R
ESL
，谐振频率以上呈显电感特性；当MLCC焊接到印刷电路板PCB时，焊盘会与PCB产生交互耦合，与MLCC呈并联关系，其中，Z
PCB
为PCB平面耦合阻抗；对于低频信号时，Z
PCB
呈显电容特性，随着信号频率的提升，信号的波长将逼近分压电路的几何尺寸，电路将由集总参数退化为分布参数，Z
PCB
出现传输线效应，使MLCC分压环节性能恶化。5.根据权利要求4所述的一种多级微带传输线的高带宽差分电压探头，其特征在于：所述印刷电路板PCB上各元器件之间利用微带线相连，微带线的特性利用金属平行板来近似表征，据法拉第定律和安培定律，微带线的电压和电流满足偏微分方程其中，v(z,t)和i(z,t)分别为电压波和电流波，R
s
、L、G、C分别为平行板单位长度的表面电阻、表面电感、电导与电容，单位分别为Ω/m、H/m、S/m、F/m；
符合标准的“电报方程”形式，平行板的各项属性利用“传输线理论”进行分析；忽略R
s
与G对传输线模型的影响，化简为：公式(4)为无损传输线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾正，王宇雷，孙鹏，王亮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：